电气工程类220KV变电站设计8毕业设计.docx

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电气工程类220KV变电站设计8毕业设计

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摘要

本设计主要介绍了220KV变电站综合自动化的110KV出线保护设计的过程、原则、方法等，利用现在广泛采用的微机保护原理和整定的新方法进行配置.

关于主接线部分的内容是基础部分，主要介绍了主接线的形式，综合比较各种接线方式的特点、各自的优缺点及变压器的选择原则等，根据任务书要求最终选择满足设计任务的主接线方案。

短路电流是非常重要的部分，它主要介绍了不同运行方式下的对称短路与不对称短路计算的目的、原则、方法和具体的数据信息等，为设计中需要的高压电气设备的选择、整定、校验等方面做准备，电气设备的选择及校验主要是利用对称短路的计算结果进行高压电气设备（断路器、隔离开关）的校验。

设计的专题部分，也是利用短路计算的结果，详细阐述了继电保护中配置的选择、整定和校验的原则、方法等，具体有反映相间短路的电流电压保护的整定计算与校验；反映接地故障的零序电流保护的整定与校验。

最后三章内容是设计的计算书部分，通过数据的形式对设计的要求和需要的参考值等给以直观的描述。

关键词：

综合自动化，微机保护，继电保护，整定与校验

Abstract

Themaindesignonthe220KVsubstationautomation110KVwittoprotectthedesignprocess,inprinciple,methodstotakeadvantageofthecurrentlywidelyusedcomputerprotectionprincipleandtheentiresetofnewmethodsforallocation

Onthemainwiringpartofthecontentsofinfrastructure,mainlyonthemainwiringintheformofComprehensivecomparisonofdifferentformsofconnectioncharacteristics,advantagesanddisadvantagesofeachoptiontransformerprinciples,UnderthemandatecallsforafinalchoiceonthedesignofthemaintasksConnectionprogram.Short-circuitcurrentisaveryimportantpart,Itintroducesadifferentmodeofoperationunderthesymmetricandasymmetricshort-circuitshort-circuitthepurposesofthecalculation,methodsandspecificdatainformationforthedesignofthe,tuningandtestingandsoonpreparationsElectricalequipmentselectionandverificationisusingsymmetricshort-circuitthecalculationresultsof.Partofthedesignfeature,aswellastheuseofshort-circuitcalculation,adetailedexplanationofrelayprotectionconfigurationchoices,Settingandcheckingtheprinciplesandmethods,thespecificphaseisreflectedinthecurrent-voltageshortcircuitprotectionofthesettingandcalibration;GroundFaultreflectthezero-sequencecurrentprotectionofthesettingandcalibration.

Thefinalthreechaptersasisthedesignofcomputing,throughdataintheformofdesignrequirementsandtheneedtoreferencevaluegivenvisualdescription.

Keywords:

Thesyntheticalautomation,PCprotect,succeedelectricityprotection,adjustingandchecking

前言

本设计书是根据2010年郑州电力高等专科学校“电气工程及其自动化专业”毕业设计任务要求进行编写，介绍了电力系统规划的设计的基本知识，包括设计原则、设计步骤和计算方法等。

本书分为两大部分：

说明书和计算书，说明书主要对设计的原则、要求及具体的方法以文本的形式来表达，是设计书的主要理论来源和设计基础，计算书通过对设计中涉及的出线保护的计算过程、方法等给以直观的数值分析，设计以220KV变电站综合自动化-110KV出线保护的设计为主线，将电力系统分析、电力系统继电保护、变电站综合自动化等相关课程中的内容联系起来，介绍了电力系统主接线设计、电力网络计算、短路计算及继电保护整定计算的设计等内容，力求反映电力系统的控制、微机继电保护装置、变电站综合自动化等领域的知识。

本设计书在设计过程中汇集了大量的资料，尤其对于现阶段广泛采用电力系统微机保护中线路保护整定计算的新方法和要求，进行了比较详尽的阐述，体现了电力系统综合自动化的发展趋势，由于时间仓促及水平有限，设计中不免有疏漏不足之处，恳请老师批评指正！

谢谢！

编者：

涂赛

设计人：

涂赛

2010.10.30

第一章电气主接线选择…………………………………………………5

第一节概述……………………………………………………5

第二节主接线的接线方式选择…………………………………6

第二章主变压器容量、台数及形式的选择…………………………9

第一节概述……………………………………………………9

第二节主变压器台数的选择……………………………………9

第三节主变压器容量的选择……………………………………10

第四节主变压器型式的选择……………………………………10

第三章主接线比较选择……………………………………………14

第四章短路电流计算基础…………………………………………17

第一节概述……………………………………………………17

第二节短路计算的目的及假设……………………………………17

第三节各种短路电流计算……………………………………19

第五章电气设备的选择………………………………………………21

第一节概述………………………………………………………21

第二节断路器的选择……………………………………23

第三节隔离开关的选择……………………………………25

第四节互感器的选择…………………………………………26

第六章电力系统继电保护……………………………………………30

第一节概述…………………………………………………30

第二节继电保护整定计算……………………………………30

第三节相间短路的电流、电压保护………………………………33

第四节零序电流保护……………………………………………39

第五节断路器失灵保护……………………………………42

第七章电气总平面布置及配电装置的选择……………………………44

设

计

说

明

书

第一章电气主接线选择

第一节概述

主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。

主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

因此，必须正确处理好各方面的关系。

我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：

变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。

一、可靠性：

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。

1、主接线可靠性的具体要求：

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；

（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；

（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。

二、灵活性：

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

（1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；

（2）为了检修的目的：

可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；

（3）为了扩建的目的：

可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。

三、经济性：

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

（1）投资省：

主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；

（2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。

在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。

（3）电能损失少：

经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。

第二节主接线的接线方式选择

电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。

而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。

1、单母线接线

单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。

单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。

单母接线适用于：

110～200KV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63KV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10KV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。

2、单母分段

用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。

当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：

110KV～220KV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63KV配电装置的出线回路数为4～8回，6～10KV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。

3、单母分段带旁路母线

这种接线方式：

适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。

4、桥形接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线：

适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。

当变压器故障时，需停相应的线路。

外桥接线：

适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。

为检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。

当线路故障时需停相应的变压器。

所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：

使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。

5、一个半断路器（32）接线

两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。

6、双母接线

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。

如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。

对于，110K～220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110KV～220KV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110KV）或5回（220KV）时，一般应装设专用旁路母线。

7、双母线分段接线

双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。

而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。

为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。

当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。

第二章主变压器容量、台数及形式的选择

第一节概述

在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。

如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。

因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

第二节主变压器台数的选择

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。

把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV母线上。

若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。

当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。

而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。

考虑到两台主变同时发生故障机率较小。

适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。

故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

第三节主变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。

该变电所是按70%全部负荷来选择。

因此，装设两台变压器变电所的总装容量为：

∑se=2（0.7PM）=1.4PM。

当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是220KV侧引进。

其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。

因此主变压器的容量应选择为：

Se=0.7（SⅡ+SⅢ）。

第四节主变压器型式的选择

一、主变压器相数的选择

当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。

而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。

单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。

本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。

二、绕组数的选择

在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。

一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。

在生产及制造中三绕组变压器有：

自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。

自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。

由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。

因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。

自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。

由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。

电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。

而自耦变压器的变化较小，由原始资料可知，该所的电压波动为±8%，故不选择自耦变压器。

分裂变压器：

分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。

分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。

由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。

普通三绕组变压器：

价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。

又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。

它的供电可靠性也高。

所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。

三、主变调压方式的选择

为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络电压应符合以下标准：

①枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的1～1.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。

②电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%～100%。

调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。

由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。

四、连接组别的选择

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。

五、容量比的选择

由原始资料可知，110KV中压侧为主要受功率绕组，而10KV侧是无功补偿装置，

六、主变压器冷却方式的选择

主变压器一般采用的冷却方式有：

自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。

自然风冷却：

一般只适用于小容量变压器。

强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。

但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。

所以，选择强迫油循环风冷却。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，220KV变电所中一般装设两台或两台以上主变压器。

当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络，配电设备，用电保护较复杂，且投资增大。

考虑到两台主变同时发生故障机率小，因此可采用两台，选择容量时应满足当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。

选择两台容量为120MVA的主变，主变总容量为240MVA

并在110KV侧电源故障时，通过高压绕组从220KVA侧无穷大系统传送120MVA（最

本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫油循环风冷却方式。

七．变压器的技术参数

绕组有载调压电力变压器，器具体参数如下

型号

联接组标号

YN，yn，d11

空载电流%

0.56

额定电压（KV）

高压

中压

低压

220±8×1.25%

121

10.5

额定容量MVA

120

120

60

阻抗电压％

高－中

高－低

中－低

13.24

22.51

7.85

型号中个符号表示意义：

从左至右

S：

三相

F：

风冷却

P：

强迫油循环

S：

三绕组

Z：

有载调压

7：

性能水平号

120000：

额定容量

220：

电压等级

第三章主接线比较选择

由设计任务书给定的负荷情况：

220kV出线6回，110kV出线9回，10kV出线8回（其该变电所主接线可以采用以下两种方案进行比较：

方案一

220KV采用双母带旁路母线接线方式，110KV也采用双母带旁路母线接线，根据《电力工程电气设计手册》第